Fotometrická a geometrická kritéria ve stavební světelné technice

Stavební světelná technika se zabývá denním osvětlením a osluněním budov. Kritériem je fyzikální veličina sloužící k hodnocení (v našem případě k hodnocení světelné kvality vnitřního prostředí budov).

Fotometrickým kritériem může být osvětlenost E (lx) nebo činitel denní osvětlenosti D (%). Geometrickým kritériem může být např. plocha okna S_o (m²) nebo úhel zastínění ε (°).

Zavedení požadavků na osvětlení interiérů budov denním světlem a na jejich proslunění bylo reakcí na  neutěšené zdravotní podmínky v bytech i na pracovištích v době tzv. průmyslové revoluce během 19. a v první třetině 20. století. Požadavky na oslunění a denní osvětlení byly formulovány už v Athénské chartě z roku 1933 [1], ale jejich uplatňování v praxi se začalo prosazovat až při obnově poválečné Evropy a při nové výstavbě od konce 40. let minulého století, a to na obou stranách tzv. železné opony. Příznačné je, že ve svém začátku měly tyto požadavky podobu relativně jednoduchých geometrických pravidel. V ČSN 73 0020 Obytné budovy (1955) je uveden poměr mezi plochou okna a plochou podlahy: pro obytné místnosti 1 : 8 a pro příslušenství 1 : 12.

Mezi urbanistickými požadavky jsou uvedeny doporučené odstupy budov v závislosti na výškové úrovni zástavby a orientaci ke světovým stranám (viz obr. 1). Během času se v československých technických normách stále více začala užívat fotometrická kritéria. Požadavky v hodnotách činitele denní osvětlenosti při zatažené obloze v zimě byly poprvé uvedeny v ČSN 36 0048 Osvětlování obytných budov (1960). Pro obytné místnosti byla tehdy požadována hodnota D = 1 % v nejtemnějším místě místnosti. V ČSN 36 0035 Denní osvětlení budov (1968) byla v nejtemnějším  místě obytné místnosti požadována už jen hodnota D = 0,5 %. V této normě byly již požadavky také uváděny v závislosti na třídě zrakové činnosti. Pro činnosti typu čtení a psaní byla stejně jako dnes požadována hodnota D = 1,5 %. Tehdy však ještě šlo o třídu zrakové činnosti III. Třídění zrakových činností bylo sjednoceno s normami na umělé osvětlení až v roce 1986, kdy vyšla ČSN 73 0580 Denní osvětlení budov – základní požadavky.

Obr. 1. Ukázka z ČSN 73 0020 Obytné budovy z roku 1955; požadavky na proslunění bytů jsou stanoveny jako soubor geometrických pravidel

V době před listopadem 1989 se požadavky na denní osvětlení a proslunění budov uplatňovaly  převážně jen v typových projektech budov. Okna nových typů obytných domů byla navrhována s ohledem na požadavky denního osvětlení a v typových směrnicích byly uváděny minimální odstupy a povolené orientace domů ke světovým stranám. Urbanisté té doby tak nemuseli ani znát pojem činitel denní osvětlenosti, protože umisťovali stavby do území většinou v rovnoběžných řadách s odstupy podle typových podkladů. Řídili se tak geometrickými kritérii, navrženými podle fotometrických kritérií zpracovatelem typového projektu. Obdobně bylo navrhováno denní osvětlení v průmyslu, kde používané halové stavby byly rovněž typizované včetně počtu a velikosti světlíků tak, aby požadavky na denní osvětlení byly splněny. Podle třídy zrakové činnosti a podle rozmístění  pracovišť se prostě vybral příslušný typ haly. Naše stavebnictví 60. až 80. let 20. Století bylo typizací staveb doslova posedlé a jiné než typizované stavby se v té době ve větším měřítku nestavěly. Stížnosti na zastínění novými stavbami se téměř nevyskytovaly, protože tehdy nebylo zvykem ani radno si příliš stěžovat.

Nemnohé sporné nebo z typizace vybočující případy byly řešeny pomocí jednoduchých geometrických pomůcek, jako jsou diagram zastínění nebo indikátor zastínění oblohy (obr. 2) [2], popř. za použití Daniljukových diagramů nebo protraktorů doc. Kittlera [2]. Výhodou bylo, že omezená přesnost práce s těmito grafickými pomůckami byla v souladu s nejistotami měření denního osvětlení.

Posuzování proslunění bytů bylo od samého počátku, tj. od vydání ČSN 73 0020 Obytné budovy v roce 1955, vázáno na datum 1. března. Mimo jiné i vzhledem k hypotetické možnosti vykonávat měření jen v tento den v roce (kdy navíc měření může být zmařeno oblačností) se o měření oslunění budov pro účely rozhodování při stavebních řízeních nikdy neuvažovalo. Po listopadu 1989 ustávala státem řízená hromadná bytová výstavba na tzv. zelené louce a investiční činnost se stále více přesouvala do center měst, kde v prolukách i mimo ně bylo ve složitých zastavovacích poměrech obtížné posuzovat denní osvětlení a oslunění budov pomocí tehdy existujících relativně  jednoduchých graficko-početních metod. V Čechách i na Slovensku bylo v té době možné pozorovat snahu využít k posuzování komplikovaných případů stínění další grafickou pomůcku – Waldramův diagram, ale konečné řešení těchto potíží přinesla až možnost využít výpočetní programy.

Obr. 2. Indikátor zastínění oblohy z hlediska denního osvětlení interiérů obytných a občanských staveb – převzato z [2]

Prostřednictvím těchto programů přestalo být přesné stanovení hodnot fotometrických kritérií  problémem i při velmi složitých poměrech stínění. Navíc možnost využít vyspělou výpočetní techniku motivovala k vytváření promyšlenějších kritérií, která by lépe než dosud popsala vliv denního světla  a zrakovou pohodu uživatelů budov nejen při zatažené obloze v zimě, ale během celého roku, což může být významné zejména při hodnocení kvality denního osvětlení, popř. při hodnocení příspěvku denního světla k energetické bilanci budovy. Zdálo se, že geometrická kritéria a graficko-početní metody jsou ve světelné technice definitivně minulostí a že se s nimi budou zájemci nadále setkávat jen ve vitrínách technických muzeí.

Relativní společenská svoboda po listopadu 1989 přinesla i časté stížností občanů na stínění novými stavbami. Přestože jsou některé z těchto stížností motivovány spíše ekonomickými zájmy stěžovatelů, komplikují se jimi stavební řízení. Právní interpretace vypočtených hodnot fotometrických kritérií se často rozchází s jejich smyslem a posláním, tj. zajišťovat zrakovou pohodu uživatelů budov. Formulování požadavků technických norem proto stále více muselo brát ohled na legislativu vyšší právní účinnosti, zejména na § 127 zákona 40/1964 Sb., resp. dnes na § 1013 zákona 89/2012 Sb. To bylo důvodem k zavedení výjimky pro zástavbu proluk i k zavedení kritéria přístupu denního světla k průčelí objektu, kterým se bez ohledu na uspořádání místnosti a na velikost jejích oken hodnotí zastínění existujících budov novými stavbami. Je zajímavé, že zatímco v České republice bylo zvoleno fotometrické kritérium – činitel denní osvětlenosti D_w (%) roviny zasklení okna z vnější strany – na Slovensku dali přednost kritériu geometrickému: ekvivalentnímu úhlu stínění. Ačkoliv se autor tohoto článku v této věci  poměrně značně angažoval, neodvažuje se nyní s naprostou jistotou rozhodnout, která z obou variant byla užitečnější.

Obr. 3. Příklad prokázání odstupového úhlu na situaci stavby – převzato z [3]

Požadavky na proslunění a denní osvětlení budov jsou jedním z prostředků, kterým státní správa reguluje výstavbu měst. Novou stavbu může investor realizovat jen tehdy, prokáže-li světelnětechnickým výpočtem splnění požadavků norem u navrhované budovy i u budov v okolí. Světelnětechnické výpočty jsou v současné době prováděny specializovanými firmami. Zásadním problémem však je skutečnost, že ani investor, ani jeho architekt, a zejména ani stavební úřad nedisponují odbornou kapacitou, časem a technickým vybavením k tomu, aby mohli kontrolovat  výsledek takového výpočtu. Operativní kontrola měřením je problematická, protože u proslunění není možná a u denního osvětlení je vázána jen na relativně málo dní v roce s vhodným počasím. Důsledkem tohoto stavu pro praxi je v lepším případě posouzení předložených výpočtů nezávislým znalcem placeným stavebním úřadem, v případě horším realizace budov, které nadměrně stíní. Prostředky státní správy na pořizování nezávislých posudků jsou omezené. Využití automatizovaných výpočtů ke stále přesnějšímu popisu světelné situace uživatelů budov je výhodou dnešní doby. Zdá se ale, že geometrickým kritériím ještě není odzvoněno, a lze říci, že světelnětechnická, a zejména urbanistická a stavebněsprávní praxe po těchto kritériích stále volá. V návrhu tzv. Pražských stavebních předpisů z roku 2014 [3] lze nalézt grafickou pomůcku pro stanovení odstupového úhlu (obr. 3). Pomocí této pomůcky mělo být navrhováno, aby půdorysně nejméně v rozsahu 30 úhlových stupňů nebyl úhel zastínění překážkami větší než 45°. Mimo tento třicetistupňový segment ale výška zastavění v okolí posuzovaného okna neměla být omezována. Takto navržená regulace by mimořádně hrubým způsobem zasáhla životní prostředí a zdraví uživatelů budov všude tam, kde by byla uplatněna, a proto nebylo možné s ní souhlasit. Autor se však domnívá, že samotná myšlenka diagramu není špatná. Jen by bylo třeba diagram upravit tak, aby skutečně indikoval stav osvětlení z hlediska potřeby zachování zrakové pohody a zdraví uživatelů budov, a dořešit další okolnosti jeho použití v případě stínění balkony, při různém typu využití místnosti apod. Taková pomůcka by jako indikátor nevyhovujícího stavu mohla učinit posuzování staveb efektivnějším a asi by dokázala zabránit některým realizacím budov s evidentně nadměrným stíněním, tj. realizacím s vysokou mírou rizika dlouhodobého negativního vlivu na zdraví.

Fotometrická kritéria dokonaleji popisují vliv prostředí na zrakovou pohodu uživatelů budov a umožňují uplatnění dalších důležitých okolností návrhu budov (např. jasových poměrů mezi objekty). Geometrická kritéria jsou zase srozumitelnější pro technickou i ostatní veřejnost a jejich splnění lze snadno ověřit měřením. Autor článku se domnívá, že při navrhování a posuzování denního osvětlení a proslunění budov bude i nadále vhodné v rozumné míře kombinovat kritéria fotometrická s kritérii geometrickými.

Literatura:

[1] HRŮZA, J.: Charty moderního urbanismu. Agora, 2002.
[2] KITTLER, R. – KITTLEROVÁ, L.: Návrh a hodnotenie denného osvetlenia. Bratislava, Alfa, 1975.
[3] Pražské stavební předpisy, návrh, IPR, Praha 2014. Recenze: prof. Ing. Jitka Mohelníková, Ph.D., VUT Brno

---

Článek v elektronické listovací verzi časopisu Světlo č. 2/2016 naleznete zde.